60Hz電力電動鉆機網電應用研究

衛瑞　劉天文

摘 要：隨著鉆井市場競爭的加劇、節能減排壓力的加大，能源成本日益突顯。中原石油工程有限公司塔里木分公司目前在用的還有3部60 Hz電力系統的電動鉆機，因此對其進行改造升級很有必要，論述了60 Hz鉆機電氣系統改造方案，并對變頻變壓電源進行了設計，取得了良好的效果，達到了節能減排目的。

關鍵詞：鉆機 電力 頻率

中圖分類號：P634 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（b）-0106-01

20世紀90年代從國外進口的60 Hz電力系統的電動鉆機由于其高可靠性與穩定性，目前還有一定數量在使用。隨著鉆井市場競爭的加劇、節能減排壓力的加大，能源成本日益突顯，但由于國內電網都是50 Hz，60 Hz電力系統電動鉆機的網電應用受到根本限制，因此對其進行改造升級很有必要。

1 存在問題

中原石油工程有限公司塔里木分公司目前在用的還有3部60 Hz電力系統的電動鉆機。該類鉆機主動力是由4臺600 V 60 Hz柴油發電機組供電，輔助動力由兩套400 V 50 Hz VOLVO TAD1641GE柴油發電機組提供，4套可控硅整流裝置把600 V 60 Hz電力整流后驅動泥漿泵、絞車與轉盤，1套60 Hz MCC控制中心驅動交流電動機，1套400 V 50Hz配電中心為井場、營房生活用電、50 Hz電動機提供電力。

因主動力系統為600 V 60 Hz，其發電控制系統，泥漿泵、絞車與轉盤直流控制系統都是為60 Hz設計，而我國工頻為50 Hz，因此這些鉆機的網電應用因制式不同，不能有效實施。另一方面，由于鉆井隊生活用電、井場50 Hz工頻電機用電等，在60 Hz柴油發電機主動力運行的同時，還需要400 V 50 Hz柴油發電機提供輔助電力，且隨著這些鉆機服役時間加長，50 Hz的電機逐漸增多，負荷大時，需2臺400 kW VOLVO發電機并網發電，而60 HZ主動力富余，造成極大的能源浪費，而且還增加了輔助發電機的維護保養費用。

2 60 Hz鉆機電氣系統改造

2.1 改造方案

兼顧原電控系統的完整性與改造的經濟性，保留泥漿泵、絞車與轉盤的直流控制系統不變，必要時對直流控制模塊進行參數調整，加裝制作一套600 V/400 V 60 Hz/50 Hz變壓變頻系統。改造后的電控系統可有兩種工作方式。

（1）工作方式一。

當系統使用網電時，電網變換后的600 V 50 HZ電力經柴油發電機接入窗口引入系統，QF1、QF3、QF4閉合，QF2斷開，600 V 50 Hz的電力一路經變頻器變換為600 V 60 Hz輸送至系統60 Hz的MCC，另一路經600 V/400 V變壓器輸出400 V 50 Hz電源。

（2）工作方式二。

當不具備網電使用條件，系統使用600 V 60 Hz柴油發電機組提供動力時，QF1、QF4斷開，QF2、QF3閉合，變頻器把600 V 60 Hz的電源轉換為600 V 50 Hz電源，然后經變壓器轉換為400 V 50 Hz電源，省去輔助發電機額外消耗。

2.2 變頻變壓電源設計

（1）變頻器選型[1]。

因為變頻電源要輸出50 Hz電源供生活等單相用電，對諧波抑制要求較高，兼顧經濟性、實用性、通用性、可靠性，選擇了石油鉆井常用的ABB ACS800-07系列變頻器，并加裝正弦波濾波器（E206），并考慮井場總功率，最終選定為ABB ACS800-07-1060-7+V992+E206。

（2）變頻器參數設置。

該變頻變壓電源系統有兩種工作方式，即在有網電時，系統把600 V/50 Hz電源轉換成兩種制式電源輸出：一種為600 V/60 Hz電源；另一種為400/50 Hz；在沒有網電時，系統把柴油發電機的600 V/60 Hz電源轉換成400 V/50 Hz電源輸出。為實現這點，我們設置兩組參數通過接入DI3（X22：3）的旋紐開關切換用戶宏，在DI3的下降沿USER1被調用，在DI3的上升沿USER2被調用。因為該變頻電源拖動多臺電機，且提供單相電源和其它三相不平衡用電，所以控制模式不能采用直接轉矩控制模式（DTC），只能采用標量控制模式（SCALAR）。另外變頻器啟動是通過自復位旋紐來啟動與停止，10.01設置為DI1P，DI2P，DI1的上升沿啟動變頻器，DI2的下降沿停止變頻器。輸出電源相序固定為單一順序FORWARD。ACS800變頻器的外部控制連接圖如圖1。

3 結論

制作了2套變頻變壓電源，分別在塔里木分公司的70136隊、90151隊的兩套60 Hz電力系統的鉆機投產使用，90151隊使用網電的600 V/50 Hz的電源，變頻變壓電源分別輸出600 V/60 Hz、400 V/50 Hz電源，70136隊使用1200 kW的CAT3512CHD柴油發電機組，變頻變壓電源把600 V/60 Hz的主動力轉換成400 V/50 Hz供生產生活用電，省掉2臺400 V/50 Hz的VOLVO TAD1641GE柴油發電機的運行。兩套現場使用穩定，達到節能減耗的目的。

參考文獻

[1] 張懷.超深井鉆機網電改造技術及推廣應用[J].石油礦場機械，2011，40（7）：77-80.

[2] 萬廣偉，朱紅蕾.ZJ70D鉆機配套柴油發電機組控制電路調整方法[J].石油礦場機械，2011，40（11）：89-91.endprint